Un nuovo modello di simulazione per lo sviluppo di valvole motore

Federal-Mogul Powertrain, divisione di Federal-Mogul Holdings Corporation, ha sviluppato un modello semplificato di simulazione a transiente dinamico per la chiusura delle valvole motore, al fine di poter predire il carico dinamico su questi componenti. Migliorando l’accuratezza dei valori calcolati relativi a deformazione e tensione sotto carico, la tecnica consente di stimare in modo più affidabile la vita a fatica e contribuisce a garantire una scelta ottimale del materiale, già dalle prime fasi di sviluppo di una nuova architettura motoristica.

Nella progettazione delle valvole di aspirazione e di scarico per i motori a combustione, soprattutto per quelli caratterizzati da un elevato livello di aspirazione forzata da turbocompressori o da compressori volumetrici, particolare attenzione deve essere riposta sulle condizioni di carico durante la chiusura delle valvole.

Il sistema di azionamento della valvola è spesso ancora in fase di sviluppo quando si progettano le valvole per nuovi progetti motoristici; ciò pone dei limiti ai produttori di valvole costretti a usare modelli di simulazione semplificati che limitano la valutazione del carico sulle valvole ai parametri principali, quali la velocità di chiusura della valvola, la forza di richiamo della molla della valvola e il gioco tra stelo e guida valvola. Durante la chiusura, solitamente un lato della valvola entra in contatto prima con la sede valvola, introducendo un carico pesante sullo stelo.

Il modello di simulazione dinamica della chiusura, come sviluppato e testato da Federal-Mogul Powertrain, consente un calcolo preciso di questi carichi permettendo così di configurare in modo ottimale i componenti già dalla fase concettuale e di determinare la vita utile in modo più accurato. Così come i calcoli sulla vita a fatica, i valori dei carichi sulla valvola associati con la sua chiusura, derivanti dalla simulazione dinamica a transienti FE, possono essere utilizzati per valutare e classificare alternative nel design delle valvole.

Particolari differenti nella geometria, quali uno stelo con diametro ridotto vicino al fungo o un raccordo conico tra stelo e fungo influiscono enormemente sulla distribuzione delle tensioni. Con la simulazione semplificata FE è possibile trarre conclusioni in tempi rapidi sul carico massimo sulla valvola e probabilmente anche sui cedimenti da fatica, e prendere le giuste decisioni relativamente al design e ai materiali già nelle prime fasi di sviluppo.